運動控制系統(tǒng)復(fù)習要點

運動控制系統(tǒng)復(fù)習要點第一頁，共41頁。2.1穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標調(diào)速范圍D、靜差率s。及與轉(zhuǎn)速降落ΔnN的關(guān)系。2.1.1開環(huán)系統(tǒng)性能指標2.1.2轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及控制器放大倍數(shù)計算2.1.3閉環(huán)系統(tǒng)性能指標

開環(huán)不滿足調(diào)速要求：在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加轉(zhuǎn)速反饋和控制器，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)，通過設(shè)計控制器放大倍數(shù)，達到所需性能指標。第二頁，共41頁。第三頁，共41頁。1、調(diào)速范圍（調(diào)速）生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍，用字母D表示，即

nmax和nmin是電動機在額定負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，也可用實際負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。第四頁，共41頁。2、靜差率s（穩(wěn)速）當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落ΔnN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比：（2-29）

一個系統(tǒng)的靜差率指標是最低轉(zhuǎn)速時的靜差率第五頁，共41頁。例題2-2某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18Ω，電動機電動勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降ΔnN最多能有多少？

第六頁，共41頁。解當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降為如要求D=20，s≤5%，要求ΔnN

為即轉(zhuǎn)速降落最多為2.63，所以原開環(huán)系統(tǒng)不滿足要求。7第七頁，共41頁。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖第八頁，共41頁。（2-48）（2-49）（2-50）第九頁，共41頁。

例題2-3：在例題2-2中，龍門刨床要求D=20，s≤5%，已知Ks=30,α=0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)該有多少？第十頁，共41頁。第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性

轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型

轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法第十一頁，共41頁。1．起動過程分析1)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性第十二頁，共41頁。2）起動過程第十三頁，共41頁。第Ⅰ階段：電流上升階段（0~t1）:在t=0時，系統(tǒng)突加階躍給定信號Un*，在ASR和ACR兩個PI調(diào)節(jié)器的作用下，Id很快上升，在Id上升到Idl之前，電動機轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速為零當Id

≥IdL

后，電機開始起動，由于Id<Idm，轉(zhuǎn)速不會很快增長，ASR輸入偏差電壓仍較大，ASR很快進入飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和這一過程一直到Id=Idm

，Ui=U*im

。第十四頁，共41頁。第Ⅱ階段:恒流升速階段（t1~t2）:ASR調(diào)節(jié)器始終保持在飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)仍相當于開環(huán)工作。系統(tǒng)表現(xiàn)為使用PI調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器的給定值就是ASR調(diào)節(jié)器的飽和值U*im，基本上保持電流Id=Idm不變，第十五頁，共41頁。第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）：n上升到了給定值n*，ΔUn=0。因為Id>IdL，電動機仍處于加速過程，使n超過了n*

，稱之為起動過程的轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速的超調(diào)造成了ΔUn<0，ASR退出飽和狀態(tài)，Ui和Id很快下降。轉(zhuǎn)速仍在上升，直到t=t3時，Id=Idl

，轉(zhuǎn)速才到達峰值。第十六頁，共41頁。3）

兩個調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化,如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。對負載變化起抗擾作用。其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。第十七頁，共41頁。（2）電流調(diào)節(jié)器的作用在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流。當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。第十八頁，共41頁。2.典型Ⅰ型系統(tǒng)及電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計1）什么是典型Ⅰ型系統(tǒng)作為典型的I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)選擇為T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；K—系統(tǒng)的開環(huán)增益。第十九頁，共41頁。2）典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與KT參數(shù)的關(guān)系3）已知對象參數(shù)T，求K。進一步設(shè)計控制器類型和參數(shù)，調(diào)節(jié)器并不一定是PI調(diào)節(jié)器，要按對象的傳遞函數(shù)來確定調(diào)節(jié)器的類型，據(jù)性能指標計算參數(shù)。如控制對象為調(diào)節(jié)器就分別為積分調(diào)節(jié)器和PI調(diào)節(jié)器第二十頁，共41頁。4）如第二種情況，計算電流調(diào)節(jié)器按指標要求，查表3-1，取K=T=0.5ACR的比例系數(shù)為（3-50）第二十一頁，共41頁。第4章可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)第二十二頁，共41頁。1、V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)1）V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路第二十三頁，共41頁。2）V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流問題兩組晶閘管整流裝置同時工作時，便會產(chǎn)生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。一般地說，環(huán)流對系統(tǒng)無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此必須予以抑制或消除。第二十四頁，共41頁。3）消除環(huán)流的措施（1）配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)在采用α=β配合控制以后，消除了直流平均環(huán)流。由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現(xiàn)瞬時電壓ud0f>ud0r

的情況，從而仍能產(chǎn)生環(huán)流，這類因為瞬時的電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流被稱為瞬時脈動環(huán)流。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器第二十五頁，共41頁。2．邏輯控制的無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)當可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時，不論是整流工作還是逆變工作，用邏輯關(guān)系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時工作。第二十六頁，共41頁。1）V-M系統(tǒng)制動過程的三個階段：

(1)本組逆變階段、它組整流階段、它組逆變階段第二十七頁，共41頁。

發(fā)出停車指令后，進入電動機制動過程中的正向電流衰減階段：

本組VF組由整流狀態(tài)很快變成βf=βmin的逆變狀態(tài)；它組VR組由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。電動機反電動勢E極性未變，迫使Id迅速下降。

大部分能量通過本組回饋電網(wǎng)，所以稱作“本組逆變階段”。第二十八頁，共41頁。（2）它組整流階段（Ⅱ）

當主電路電流下降過零時，本組逆變終止，轉(zhuǎn)到它組VR工作，開始通過它組制動；在它組整流電壓Udor和反電動勢E的同極性的情況下，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，稱作“它組反接制動階段”。第二十九頁，共41頁。3．它組逆變階段（Ⅲ）ACR調(diào)節(jié)器退飽和的唯一途徑是反向電流Idm的超調(diào)；ACR的控制目標是維持Id=Idm。由于ACR是Ⅰ型系統(tǒng)，所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是接近于-Idm。電動機在恒減速條件下回饋制動，把屬于機械能的動能轉(zhuǎn)換成電能，其中大部分通過VR逆變回饋電網(wǎng)，稱作“它組逆變階段”或“它組回饋制動階段”。第三十頁，共41頁。第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)第三十一頁，共41頁。1、電壓空間矢量1）空間矢量的定義:交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。2)三相逆變器電壓空間矢量6個扇區(qū)3）理解電壓空間矢量表的推導(dǎo)第三十二頁，共41頁。2、異步電動機變壓變頻調(diào)速1）基頻以下變壓變頻調(diào)速基本原理當異步電動機在基頻(額定頻率)以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果磁通過大，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時還會因繞組過熱而損壞電機。最好是保持每極磁通量為額定值不變。第三十三頁，共41頁。2）基頻以下電壓補償控制方式及其機械特性恒定子磁通控制、恒氣隙磁通控制、恒轉(zhuǎn)子磁通控制a)恒壓頻比控制b)恒定子磁通控制c)恒氣隙磁通控制d)恒轉(zhuǎn)子磁通控制第三十四頁，共41頁。3）比較恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，性能最佳。第三十五頁，共41頁。第6章基于動態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)第三十六頁，共41頁。三相異步電動機坐標變換三相